主題三熱現象及能量守恒

第一節分子動理論教學設計案例

課程內容第一節分子動理論

課程類型啟發講授課課時2學時

本節主要讓學生了解分子動理論的基本觀點，了解擴散現象，觀察并

能解釋布朗運動。了解溫度、氣體壓強的概念，從微觀角度了解氣體分子

教材內容

運動與溫度及壓強的關系，知道常用的溫度、壓強的測量方法。了解熱力

分析

學能的概念，知道改變物體熱力學能的方法，結合具體案例，能應用其解

釋生產、生活中的相關現象，解決簡單的實際問題。

分子動理論是學生形成的物質觀念的重要組成部分，是建構溫度、壓

強、熱力學能等概念的理論基礎。學生雖然在初中也接觸過該理論，但是

學情分析

內容不全面，也沒有將其與溫度、壓強、熱力學能等概念聯系起來，因此

在中職物理中還要更全面、深入地學習。

1.建構溫度、氣體壓強、熱力學能等概念，形成物質由分子組成、

分子是永不停息地運動的、分子之間有空隙、分子間有相互作用力、物體

都具有熱力學能、做功和熱傳遞都可以改變物體的熱力學能等物理觀念，

并應用其解釋生產、生活中的相關現象，解決簡單的實際問題。

2.了解解釋布朗運動現象使用的假設推理方法，知道總結分子動理

論、做功和熱傳遞可以改變物體的熱力學能時使用的歸納法、分析法和演

教學目標繹法，了解在表述熱力學溫度和攝氏溫度的數值關系時運用的數學方法。

3.通過觀察布朗運動、擴散現象與溫度的關系、做功改變物體的熱

力學能等演示實驗，增加對相關現象的感性認識，增強實驗觀察能力。通

過制作水火箭等實踐活動，增強操作技能，提高技術運用、探究設計等物

理學科核心素養。

4.通過對我國古代鑄造工藝的了解，進一步發展工匠精神，增進對

中華文明的自信和認同，增強家國情懷。通過對現代測量技術、現代焊接

工藝等的了解，增強科技傳承的使命感。

讓學生了解分子動理論的基本觀點，建構溫度、氣體壓強、熱力學能

教學重點

等概念，了解做功和熱傳遞都可以改變物體的熱力學能。

運用分子運動的觀點和假設推理方法解釋布朗運動現象，建構氣體

教學難點

壓強的概念。

讓學生通過自主學習與合作學習了解新知識，形成新觀念，提高實驗

教學策略

觀察能力，受到科學方法熏陶。

主要教法啟發式講授、演示實驗、組織合作學習

主要學法自主學習、觀察實驗、思考討論、合作學習

多媒體課件展示系統、顯微圖像顯示儀、載玻片、蓋玻片、稀釋后的

教學資源顏料溶液、盛冷水（約20℃）的燒杯、盛熱水（約60℃）的燒杯、電

子溫度計、墨水、滴管、空氣壓縮引火儀、硝化棉少許等。

課堂實施

教學

教學內容教師活動學生活動設計意圖

環節

1.如何近似測算出油酸分子直徑1.安排學生對教材和教讓學生通

的大??？進行預習（閱學視頻進行過課前自

2.什么是布朗運動？布朗運動說讀教材、觀看學習和思主學習，

明了什么？老師提供的考，并與同發現自己

3.通過對擴散現象的觀察，可以得微課視頻）。學討論其中不理解的

出什么結論？2.就學生提發現的問問題，準

課前

4.什么是歸納法？出的問題進題，將疑問備到課堂

準備

5.哪些現象能說明分子之間存在行有針對性反饋給老上與同學

空隙？地備課，準備師。討論，與

6.哪些現象能說明分子之間存在在課堂上學老師交

相互作用力？生討論時給流，解決

7.分子動理論的基本觀點是什予指導。疑問。

么？

8.熱力學溫度和攝氏溫度的數值

關系是什么？

9.從微觀角度看，氣體的壓強是如

何產生的？

10.什么是熱力學能？如何改變物

體的熱力學能？

新創設情境：展示圖片、提觀看、思考激發學生

課將20℃的水和60℃的水分問：學習動

引別放在相同的玻璃杯中，如果除了觸摸，還力，明確

入不用手觸摸，僅憑肉眼觀察，有其他能分學習目標

則很難分辨出水的冷熱程度。辨兩杯水溫

度高低的方

法嗎？

新宏觀物體是由大量分子組成講解傾聽、理解讓學生增

課的。分子的尺寸極小，很難被加對分子

教直接測量，但是我們可以利用大小的感

學轉換法進行間接測量。例如，性認識，

課堂

估測油酸分子的大小時，可以了解轉換

實施

先測量100滴油酸的體積，計法這一科

算出一滴油酸的體積；再將一學方法。

滴油酸滴在水面上，讓其形成

一層單分子油膜，測量出該油

膜的面積；最后用一滴油酸的

體積除以一滴油酸形成的單分

子油膜的面積，就可近似算出

油酸分子直徑的大小。

一般物質分子的直徑都是以展示圖片、講觀看、傾聽讓學生進

nm（納米）為數量級的。如水述一步增加

分子的直徑為0.4nm,比可見對分子大

光的波長小1000倍以上，所小的感性

以人類肉眼借助光學顯微鏡也認識。

無法觀測到水分子。近年來，

人們已經能夠用放大200萬倍

的離子顯微鏡直接觀察分子的

大小，甚至能夠用放大3億倍

的掃描隧道顯微鏡實現“操縱

原子”的夢想，圖中的“原子”

兩字就是由鐵原子在銅表面排

列而成的。

1827年，英國植物學家布朗在講述傾聽讓學生初

用顯微鏡觀察懸浮在水中的植步了解布

物花粉顆粒的形態時，發現花朗運動

粉顆粒在水中不停地做無規則

運動。最初他懷疑花粉顆粒是

有生命的。當他用一些無機物

的微粒代替花粉顆粒再觀察

時，發現水中的微粒仍然不停

地做無規則運動。當時，人們

都不理解產生這種運動的原

因，于是把水中懸浮微粒的這

種無規則運動稱為布朗運動。

演示實驗：觀察布朗運動用顯微圖像觀看實驗、引導學生

取一滴稀釋后的顏料溶液放在顯示儀進行合作學習、通過現象

載玻片的凹槽中，蓋上蓋玻片，演示實驗，組回答：歸納規

放到顯微鏡下觀察?？椇献鲗W習、布朗運動反律。

討論、提問：映了水分子

的永不停息

布朗運動現的無規則運

象反映了什動。

么？

后來，經過半個多世紀的研究，展示圖片、講傾聽、理解讓學生了

科學家們利用假設推理的方解解布朗運

法，逐漸認識到水中的小顆粒動的本

是受到周圍更微小的、肉眼看質。

不見的水分子碰撞而導致的。

由于水分子的運動是無規則

的，懸浮微粒每一瞬間受到的

來自周圍的水分子的撞擊往往

是不平衡的，如圖所示，因此

導致懸浮微粒不停地做無規則

運動。布朗運動間接地反映了

液體分子永不停息的無規則運

動。

在日常生活中，我們還經常看組織合作學合作學習、讓學生練

到以下現象：在一間封閉的房習，提問：思考討論、習通過現

間里，打開香水瓶蓋，不一會分析現象，可回答：象歸納規

兒，香水的氣味就會彌漫到房以歸納出氣可以歸納出律。

間的每個角落；在一杯靜置的體、液體和固氣體、液體、

清水中，輕輕滴入一滴紅墨水，體的分子做固體分子都

慢慢就會發現杯中的水全部變什么運動？做無規則的

紅了；長期堆放在墻腳的煤會運動。

滲進墻面中，使墻體變黑……

這些現象都被稱為擴散現象。

【思維與方法】歸納法講述傾聽讓學生了

解科學方

法。

歸納法是從具體的個別事物的

認識中，概括出抽象的一般認

識的思維方法。

演示實驗：觀察擴散現象與溫進行演示實觀看、思考、讓學生增

度的關系驗，提問：回答：加對分子

取兩個透明的水杯，往其中一此實驗現象此現象說明運動與溫

杯中倒入約20°C的涼水，往另說明什么？熱水分子比度有關的

一杯中倒入約60°C的熱水。用冷水分子運感性認

滴管往兩杯中各滴入一滴墨動得快。識。

水，觀察墨水在水中的擴散速

度有何不同。

通過大量觀察，人們歸納出：講述、展示圖傾聽、理解、讓學生了

分子的無規則運動與溫度有片、講解。記憶解三種物

關，溫度越高，分子運動越劇態分子運

烈。因此，我們把分子的這種動與溫度

無規則運動稱為分子的熱運的關系。

動。

從微觀的角度看，當一種物質

呈現為固體形態時，一般溫度

最低，其分子只能在固定的位

置附近做微小的振動，因此固

體都具有固定的體積.若給該

種固體加熱，會使其熔化為液

體。液體的溫度一般都比其為

固體時的溫度高，其分子與臨

近分子擁擠在一起，可以發生

位置的交換，因此具有一定的

流動性。若繼續給該種液體加

熱，會使其汽化為氣體。氣體

的溫度一般比其為液體時的溫

度高，其分子可以自由地運動，

因此氣體可以充滿任何密閉的

容器，如圖所示。

氣體很容易被壓縮，水和酒精講解傾聽、理解、讓學生了

混合后總體積會減小，高壓下記憶解通過現

的油能透過鋼壁滲出……通過象歸納規

對這類現象的觀察，人們歸納律的方法

出，不論是氣體、液體，還是固及規律在

體，組成它們的分子之間存在生產中的

空隙。應用。

在生產技術上，為了增強鋼表

面的硬度和耐磨性能而進行的

滲碳處理；為了改變半導體材

料的物理性能而摻入雜質等，

都是對分子空隙的利用。

從水龍頭里慢慢滲出的水總是講解傾聽、理解讓學生了

一滴一滴地往下滴，荷葉上的解根據哪

露水也總是呈現出一個近似的些現象歸

球形，洗衣服時也總會形成一納出物質

個個的肥皂泡……這些現象都分子間有

說明液體分子間存在著引力；相互作用

液體普遍具有的不易壓縮性，力。

又說明液體分子間存在著斥

力。固體一般都具有固定的形

狀，它既不易被拉伸也不易被

壓縮，這些性質說明固體的分

子間既存在著引力，也存在著

斥力。

綜上所述，人們歸納出，宏觀綜合講述傾聽、記憶讓學生形

物體是由大量分子組成的，分成正確的

子永不停息地做無規則的熱運有關分子

動，分子之間有空隙，分子間動理論的

存在著相互作用的引力和斥物理觀

力。這就是分子動理論的基本念。

觀點。

【應用與拓展】納米技術組織學生自閱讀、質疑讓學生了

納米技術是指在納米尺度內主學習、巡解納米技

(0.1-100nm)研究物質的性視、指導、答術。

質和應用的一種技術，也可以疑

說是用單個原子、分子制造物

質，以及利用這些物質特性的

多學科交叉的科學和技術。

表示物體冷熱程度的物理量，講解傾聽、記憶讓學生建

稱為溫度。從微觀角度看，溫構溫度的

度反映了物體分子平均動能的概念。

大小。溫度的數值表示方法，

稱為溫標。常用的溫標有：攝

氏溫標和熱力學溫標(也叫絕

對溫標)。

熱力學溫度和攝氏溫

度的數值關系為

T=t+273

【應用與拓展】新型溫度計組織學生自閱讀、質疑讓學生了

隨著科學技術的發展，人們對主學習、巡解現代測

溫度計的要求也越來越高?？埔?、指導、答溫技術。

學家們發明了多種形式的新型疑

溫度計。

在不接觸的情況下，分辨兩杯回應“情境與傾聽、理解讓學生了

水的溫度是可能的。例如可以問題”中的問解運用所

分別往里滴一滴橙汁，觀察橙題。學知識解

汁擴散的快慢，即可分辨出兩決實際問

杯水溫度的高低。也可以借助題。

如圖所示的紅外線溫度計直接

讀出溫度值。

現藏于我國國家博物館的后母講述傾聽讓學生了

戊鼎（原稱司母戊鼎，圖3-1-解我國古

7）,是迄今世界出土最大、最代先進的

重的青銅禮器，享有“鎮國之鑄造技

寶”的美譽。術。

【行為與責任】講述傾聽讓學生增

我國古代先民曾經創造了輝煌強民族自

燦爛的中華文明，在許多領域豪感和家

領先世界?，F在，我們也應該國情懷。

有信心學好本領，建設好國家，

讓中華民族巍然屹立于世界民

族之林。

單個分子的撞擊力很小，而且講解傾聽、理解讓學生了

是不連續的，但大量分子對器解氣體壓

壁的撞擊卻可以產生大而連續強的微觀

的壓力。氣體垂直作用在器壁原理、測

單位面積上的壓力，稱為氣體量方法

的壓強。等。

從微觀角度來看，氣體溫度升

高時，分子的熱運動變得劇烈，

分子撞擊器壁的力變大，所以

壓強增大。

動槽式（福?。鈮罕淼慕Y構。

【應用與拓展】壓力表組織學生自閱讀、質疑讓學生了

在工業上用來測量氣體壓強的主學習、巡解氣壓測

儀表通常稱為壓力表。視、指導、答量技術。

壓力表種類很多，按顯示方式疑

可分為指針式壓力表和數字式

壓力表。

物理學中，把物體分子由于運講解傾聽、理解讓學生建

動而具有的能量稱為分子動構熱力學

能；把物體分子由于相互作用能的概

而具有的能量稱為分子勢能。念。

把物體內所有分子的分子動能

和分子勢能的總和，稱為物體

的熱力學能。

所有物體均含有熱力學能。物

體的熱力學能與物體的溫度和

體積都有關系，即物體溫度或

體積的改變都可能改變物體的

熱力學能。

演示實驗：觀察做功改變物體進行演示實觀看、思考、讓學生增

的熱力學能驗，提問：討論、回答：加對做功

在空氣壓縮引火儀的玻璃筒中看到什么現玻璃筒中產可以改變

放一小團硝化棉，將活塞放進象？說明什生了明亮的物體熱力

玻璃筒。用力迅速向下壓活塞，么問題？火光。外界學能的感

觀察發生的現象。對氣體做性認識。

功，使氣體

的熱力學能

增加。

列舉鉆木取火、焦耳熱功當量展示圖片、講觀看、傾聽、引導學生

實驗、噴灑氣霧劑、柴油發動解、組織合作理解、討論、通過分析

機工作過程、摩擦焊接、熱水學習。合作學習現象，歸

散熱等實例，歸納出做功和熱納規律。

傳遞都能改變物體的熱力學

能。

【應用與拓展】熱管技術組織學生自閱讀、質疑讓學生了

熱管是一種導熱能力非常大的主學習、巡解熱管技

裝置，其導熱能力超過任何已視、指導、答術及其應

知金屬的導熱能力。疑用。

綜上所述，人們歸納出改變物講解傾聽、理解、讓學生形

體熱力學能的物理過程有兩記憶成做功和

種：做功和熱傳遞。當外界對熱傳遞可

物體做功時，物體的熱力學能以改變物

增加；當物體對外界做功時，體熱力學

物體的熱力學能減少。當外界能的觀

向物體傳遞熱量時，物體的熱念。

力學能增加；當物體向外界傳

遞熱量時，物體的熱力學能減

少。

火力發電廠的工作原理如圖所展示圖片、講觀看、傾聽、讓學生了

示，將燃料送入鍋爐進行燃燒，解理解、記憶解火力發

使燃料中的化學能通過熱傳電廠的工

遞，轉化為水的熱力學能；水作原理，

的熱力學能增加，變成高溫高理解所學

壓的蒸汽，通過管道進入汽輪